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Que es el KERZ de un Formula 1??

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Que es el KERZ de un Formula 1??

Mensaje por Admin el Miér Mayo 02, 2012 3:09 pm

KERS 2012 - TIPOS DE KERS

En 2012 “regresó” el KERS despues de haberse criticado el año de su debut sin mucha aceptacion entre los pilotos y equipos, sin embargo toda tecnologia prematura tiende a no agradar mucho a los usuarios.

No hace tanto, 2009, nos vendieron el Sistema de Recuperación de Energía Cinética como el santo grial de los adelantamientos. En la temporada 2010, quedó vetado gracias a un “pacto de caballeros” que los equipos de F1 (la FOTA) sellaron a pesar de seguir vigente en la normativa técnica. Independientemente de las opiniones que tengamos sobre el sistema y las limitaciones con las que nació ¿qué es el KERS y qué tipos existen?.

El KERS no es más que un sistema que sirve para recuperar cierta energía, que de otra forma se perdería en algunos momentos de la vuelta. El monoplaza, mientras acelera, adquiere velocidad y por tanto aumenta lo que se llama energía cinética. Por ello, transforma, con unas pérdidas asociadas, la energía química que está en el combustible en energía cinética, en este caso velocidad del vehículo.

Durante las frenadas, se trata de reducir dicha velocidad lo suficiente para dar la curva. Para ello se tiene un sistema de frenado que por rozamiento convierte parte de la energía cinética en deformación y desgaste de neumáticos, discos y pastillas, y sobre todo en calor. Además, se pierde energía en trabajo de deformación del sistema de suspensión entre otros.

Por último, existe el llamado freno motor. Cuando empieza la frenada, la línea que va desde las ruedas traseras pasando por diferencial y caja de cambios, llegando hasta el motor, hace que por la inercia o lo que es lo mismo la tendencia a no modificar el régimen de funcionamiento de éste, el vehículo pierda más energía cinética, que se “invierte” en dicho cambio de movimiento, en rendimientos mecánicos, temperatura…

La energía cinética ganada en las aceleraciones, se pierde durante la fase de frenado. Para que no se desperdicie toda esta energía, se plantea un sistema recuperador que almacene parte de dicha energía para usarla en otros momentos para, de nuevo, aumentar la energía cinética del vehículo.



Los sistemas KERS que a priori se pueden usar para recuperar energía son los siguientes:


Sistema KERS eléctrico
Sistema KERS mecánico
Sistema KERS hidráulico
Sistema KERS magnético
Una vez enumerados, ahora hablaremos un poco de cada uno de ellos para ver cómo funcionan en cada caso.

Sistema KERS eléctrico



Aprovechando las capacidades reversibles de las máquinas eléctricas, se dispone un motor generador en la línea de tracción de tal manera que durante las frenadas funciona de generador y cuando “se pulsa el botón”, empuja junto con el motor de combustión.

Al frenar, el motor generador, aplica una restricción al movimiento relacionado con el campo magnético, de tal manera que ésta es vencida por el propio movimiento del vehículo. Esto implica que parte de la energía cinética del vehículo se emplee en vencer esa resistencia magnética citada, lo que induce un movimiento del generador, que hará que dicha energía se convierta en eléctrica. Parte de esta energía se perderá en rozamientos, temperaturas y demás pero una gran parte de la misma terminará almacenada en los acumuladores eléctricos.

Esto implica que además del motor generador, es necesario un paquete de baterías con unas características muy concretas que sirvan para almacenar y suministrar la electricidad en la cantidad y con la velocidad adecuadas. Por tanto, este sistema consta de un motor generador dentro de la línea de tracción del vehículo, un sistema de gestión y como no, un sistema de almacenamiento de energía, en este caso unos acumuladores eléctricos.

Sistema KERS mecánico



De igual manera que en el eléctrico, se dispone un sistema en la línea de tracción para almacenar energía pero en este caso, de forma totalmente mecánica. Para ello se dispone un disco o conjunto de discos con una masa concreta, que durante la frenada se hacen girar. Una vez terminada la frenada, estos discos siguen girando almacenando parte de la energía disipada en la frenada como energía cinética de rotación.

Al pulsar el botón de KERS, el sistema de inercia se acopla y el movimiento de los discos se devuelve a la línea de tracción. Intuitivamente, se desprende de la idea que se necesitan discos con peso y velocidad de giro adecuados y altos. El principio de funcionamiento es similar al del volante de inercia de los vehículos comerciales.

Sistema KERS hidráulico



En este caso, se usa un sistema hidráulico para almacenar la energía. Durante la frenada un compresor comprime un gas en un recipiente aumentando la presión en él, convirtiendo parte de la energía cinética del monoplaza en trabajo del compresor, y por extensión en variación de presión del depósito o recipiente.

Una vez que termina la frenada, esta energía queda almacenada hasta que se pulsa el botón del KERS y el compresor pasa a funcionar a la inversa, dejando salir gas del depósito. Esa variación de presión, ahora negativa, mueve el compresor añadiendo par a la línea de tracción.

Sistema KERS magnético

En este caso, muy usado en vehículos de muy alto tonelaje, se dispone en los frenos un sistema magnético que frena el vehículo generando electricidad durante el funcionamiento como electroimán. Dadas las dimensiones de las ruedas de un F1, este sistema no es excesivamente viable, sobre todo viendo que el sistema eléctrico es mucho más sencillo y eficiente de implementar en un monoplaza.

Pros, contras. ¿Qué se ha hecho hasta ahora?

De todos los sistemas, hasta ahora ha trascendido que el eléctrico y el mecánico fueron los elegidos. Los otros 2, no han suscitado el interés de los equipos más allá de las decisiones iniciales, donde les habrían desestimado. ¿Será este año igual? Ya lo veremos.

En el caso eléctrico, se trabaja con voltajes muy altos y peligrosos y el cargar los acumuladores tan rápido implica una generación de calor bastante alta. Además, la ubicación de los distintos elementos, implica un problema en el reparto de pesos, aumentado en el año que entra con ese reparto de pesos común.

Un sistema eléctrico, que podría pesar alrededor de 30 kilos, se compone de unos 9 kilos de acumuladores y otros 20 kilos entre el motor/generador eléctrico, cableado, sistemas de gestión/refrigeraciónn y cubiertas de seguridad. Las baterías, supercondensadores o el tipo de acumulador que sea, necesitan tener unas características concretas.

La primera de ellas, el menor peso posible, algo común no solo a los elementos del KERS sino a todo el vehículo. Otra de ellas es que sea capaz de absorber la mayor cantidad de energía posible. Sin entrar en detalles, cada tecnología de baterías se puede describir por la cantidad de energía que puede almacenar y cómo de rápido puede hacer uso de la misma, lo cual se suele representar en los llamados diagramas de Ragone.

Todo esto acota las tecnologías a usar, la cantidad de acumuladores para almacenar esos 400kJ que dicta la norma y la ubicación de los distintos elementos. Al tratarse de un peso considerable para un F1, la ubicación de cada uno de los elementos es crucial por 2 razones. Primero por el reparto de pesos y segundo para poder refrigerar bien el sistema al generar una alta cantidad de calor.

Es por esto que equipos como McLaren optaron por ubicar los sistemas en los pontones separando los elementos a ambos lados y así equilibrando el centro de gravedad en la dirección transversal.

Otros equipos por el contrario, optaron por usar el morro como ubicación de las baterías sustituyendo parte del lastre habitual que se pone en los monoplazas.



Con todo esto, se puede ver claramente que el aumento de peso y las complicaciones de su ubicación no compensaban el uso del KERS frente a la ausencia total de éste, como se vio en la temporada que estuvo vigente y en uso.

El sistema mecánico, que desarrolló y a priori desestimó Williams, ocupa menos y centra mejor los pesos, pero tiene un gran pero y es que tener discos relativamente pesados girando a 200.000 r.p.m. (si, 5 ceros) genera vibraciones y efectos giroscópicos (coged una rueda de bici, dadle velocidad mientras la sujetáis por el eje puesto en horizontal y una vez que va rápido poned el eje oblicuo y sabréis de que hablo) que hacían el vehículo menos conducible. Es curioso de todas formas que Williams fuera el único equipo no asociado con una marca directamente, que decidiera desarrollar un sistema KERS y que lo hiciera con un sistema no eléctrico.

En mi opinión esto se debe a que un sistema eléctrico implicaría más “Partners” e ingenieros con conocimientos en estos novedosos sistemas, algo que un equipo pequeño, de ajustado presupuesto, no podía permitirse.

Mirando la vía que podría abrirse con este sistema, la apertura de desarrollo de motores con una configuración actual, junto con un desarrollo de KERS “libre”, teniendo solo limitaciones básicas y de seguridad, sería la piedra angular para que la calle se aprovechara de todo esto y que el feedback hiciera que muchas marcas metieran dinero en la F1.

Se quieren reducir las cilindradas de los motores y permitir bombas de alta presión buscando reducir el consumo pero ¿y los turbos? Parece que no están por la labor, lo que podría descafeinar la categoría reina. Ahí es justo donde creo que el sistema KERS jugaría un papel crucial y es que un motor más pequeño y compacto deja un gran hueco para un posible KERS de mayor potencia y tiempo de funcionamiento. Por qué no usar el KERS como el “turbo” de forma parecida a como ya se usa en algunos híbridos del mercado? Sería un gran banco de pruebas para las marcas. Incluso ferrari ha presentado híbridos en los grandes salones del automóvil.

Estoy de acuerdo con la idea de reducir el consumo, porque es la línea a seguir en la calle pero… por favor, dejen margen de maniobra a los equipos y sean lógicos! El KERS necesita desarrollo y una reglamentación amplia. Esto haría que las marcas se interesaran en éste campo de pruebas y, habiendo tantos cochecitos en pista, seguro que los menos pudientes se aprovecharían de ello también. No es cuestión de reducir costes sino que esos costes los soporten otros porque les interesa ¿no?.

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